許琴

摘 要：本系統(tǒng)由單片機(jī)系統(tǒng)、矩陣鍵盤、LED顯示和報(bào)警系統(tǒng)組成。系統(tǒng)能完成開鎖、超時(shí)報(bào)警、超次鎖定、管理員解密、修改用戶密碼基本的密碼鎖的功能。除上述基本的密碼鎖功能外，還具有調(diào)電存儲(chǔ)、聲光提示等功能，依據(jù)實(shí)際的情況還可以添加遙控功能。本系統(tǒng)成本低廉，功能實(shí)用

關(guān)鍵詞：AT89S51；AT24C02；電子密碼鎖；矩陣鍵盤

隨著人們生活水平的提高，如何實(shí)現(xiàn)家庭防盜這一問題也變的尤其的突出，傳統(tǒng)的機(jī)械鎖由于其構(gòu)造的簡(jiǎn)單，被撬的事件屢見不鮮，電子鎖由于其保密性高，使用靈活性好，安全系數(shù)高，受到了廣大用戶的親呢。

設(shè)計(jì)本課題時(shí)構(gòu)思了兩種方案：一種是用以AT89s51為核心的單片機(jī)控制方案；另一種是用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路控制方案?？紤]到數(shù)字電路方案原理過于簡(jiǎn)單，而且不能滿足現(xiàn)在的安全需求，所以本文采用前一種方案。

1 方案論證與比較

采用數(shù)字密碼鎖電路的好處就是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。用以74LS112雙JK觸發(fā)器構(gòu)成的數(shù)字邏輯電路作為密碼鎖的核心控制，共設(shè)了9個(gè)用戶輸入鍵，其中只有4個(gè)是有效的密碼按鍵，其它的都是干擾按鍵，若按下干擾鍵，鍵盤輸入電路自動(dòng)清零，原先輸入的密碼無效，需要重新輸入；如果用戶輸入密碼的時(shí)間超過40秒（一般情況下，用戶不會(huì)超過40秒，若用戶覺得不便，還可以修改）電路將報(bào)警80秒，若電路連續(xù)報(bào)警三次，電路將鎖定鍵盤5分鐘，防止他人的非法操作。

電路由兩大部分組成：密碼鎖電路和備用電源（UPS），其中設(shè)置UPS電源是為了防止因?yàn)橥ｋ娫斐傻拿艽a鎖電路失效，使用戶免遭麻煩。

密碼鎖電路包含：鍵盤輸入、密碼修改、密碼檢測(cè)、開鎖電路、執(zhí)行電路、報(bào)警電路、鍵盤輸入次數(shù)鎖定電路。

2 電路的功能單元設(shè)計(jì)

1.開鎖機(jī)構(gòu)

通過單片機(jī)送給開鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)，電路驅(qū)動(dòng)電磁鎖吸合，從而達(dá)到開鎖的目的。其原理如圖所示。

當(dāng)用戶輸入的密碼正確而且是在規(guī)定的時(shí)間（普通用戶要求在12s內(nèi)輸入正確的密碼，管理員要求在5s輸入正確的密碼）輸入的話，單片機(jī)便輸出開門信號(hào)，送到開鎖驅(qū)動(dòng)電路，然后驅(qū)動(dòng)電磁鎖，達(dá)到開門的目的。其實(shí)際電路如圖所示。

電路驅(qū)動(dòng)和開鎖兩級(jí)組成。由D5、R1、T10組成驅(qū)動(dòng)電路，其中T10可以選擇普通的小功率三極管如9014、9018都可以滿足要求。D5作為開鎖的提示；由D6、C24、T11組成。其中D6、C24是為了消除電磁鎖可能產(chǎn)生的反向高電壓以及可能產(chǎn)生的電磁干擾。T11可選用中功率的三極管如8050，電磁鎖的選用要視情況而定，但是吸合力要足夠且由一定的余量。

在本次設(shè)計(jì)中，基于節(jié)省材料的原則，暫時(shí)用發(fā)光二極管代替電磁鎖，發(fā)光管亮，表示開鎖；滅，表示沒有開鎖。

按鍵的操作面板如圖所示。共計(jì)數(shù)字鍵10個(gè)，功能鍵6個(gè)。鍵盤上還有3個(gè)指示燈和一個(gè)蜂鳴器。

10個(gè)數(shù)字鍵用來輸入密碼，另外6個(gè)功能鍵分別是：CLR、EN、F1、F2、F3、F4。其中CLR鍵的功能是當(dāng)輸入密碼錯(cuò)誤的時(shí)候，清除前面已經(jīng)輸入的數(shù)據(jù)，重新輸入。EN鍵的功能是確認(rèn)輸入的密碼。F1是管理模式切換鍵，當(dāng)用戶不小心三次輸入密碼都沒有正確，鍵盤被鎖定，這個(gè)時(shí)候就可以啟動(dòng)管理模式，使用管理員的密碼來開門。F2是用來進(jìn)入修改密碼的狀態(tài)。F3用來關(guān)閉顯示器，一來可以節(jié)省電量，另外也可以防止不法分子偷窺密碼。F4用來作電鈴。

上面的3個(gè)指示燈L1、L2、L3是用來指示操作的狀態(tài)：L1鎖定及輸入指示狀態(tài)燈，正常的情況下顯示紅色，當(dāng)鍵盤動(dòng)作的時(shí)候，L1燈開始閃動(dòng)，當(dāng)鍵盤處于鎖定狀態(tài)時(shí)，指示燈也顯示紅色。L2開門指示燈，當(dāng)用戶在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)正確的輸入了密碼，此燈轉(zhuǎn)變?yōu)榫G色，表示開門，否則不顯示。L3是管理員狀態(tài)指示燈，當(dāng)按下F1后，指示燈自動(dòng)點(diǎn)亮。

面板上還有一個(gè)蜂鳴器，其中一個(gè)功能是用來指示操作的按鍵是否在成功的按下；另外一個(gè)功能是當(dāng)用戶輸入密碼錯(cuò)誤的次數(shù)超過了3次，鳴笛以示報(bào)警。

2.顯示電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的顯示電路是為了給使用者以提示而設(shè)置的。考慮到為了節(jié)約單片機(jī)的口資源，本系統(tǒng)的顯示采用串行顯示的方式，只使用單片機(jī)的兩個(gè)串行口，就可以完成單片機(jī)的顯示功能。

電路設(shè)定：當(dāng)程序檢測(cè)在5分鐘內(nèi)沒有按鍵操作的時(shí)候，就關(guān)閉顯示。這個(gè)功能使用程序來實(shí)現(xiàn)的，一旦沒有按鍵動(dòng)作就啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，檢測(cè)在5分鐘內(nèi)沒有按鍵動(dòng)作的時(shí)候，啟動(dòng)一個(gè)程序，關(guān)閉顯示，這樣可以達(dá)到節(jié)省電能的目的。

3.密碼鎖的電源電路設(shè)計(jì)

為了防止停電情況的發(fā)生，本電路后備了UPS電源，它包括市電供電電路，停電檢測(cè)電路，電子開關(guān)切換電路，蓄電池充電電路和蓄電池組成。電源電路圖如圖所示。

220V市電通過變壓器降壓成12V的交流電，再經(jīng)過整流橋整流，7805穩(wěn)壓到5V送往電子切換電路，由于本電路功耗較少，所以選用10W的小型變壓器。

3 程序設(shè)計(jì)

1.模塊介紹

該計(jì)程計(jì)價(jià)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)模塊：

（1）主程序模塊

主程序主要完成初始化、設(shè)置中斷向量、檢查有無按鍵按下、以及調(diào)用顯示等等。主程序的流程圖如下所示。

（2）顯示子程序

由于是分屏顯示數(shù)據(jù)，所以就要用到5個(gè)顯示子程序，分別是：關(guān)閉狀態(tài)顯示子程序（DIS_A）、開鎖狀態(tài)顯示子程序（DIS_B）、密碼輸入及修改狀態(tài)顯示子程序（DIS_C）、密碼輸入錯(cuò)誤后的提示子程序（DIS_D）。密碼在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)輸入錯(cuò)誤次數(shù)超過3次后的鎖定狀態(tài)顯示子程序（DIS_E）.

4 總結(jié)

由于使用的是單片機(jī)作為核心的控制元件，以及靈敏的霍爾開關(guān)型器件，具有功能強(qiáng)、性能可靠、電路簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，加上經(jīng)過優(yōu)化的程序，使其有很高的智能化水平。

但是在我們?cè)O(shè)計(jì)和調(diào)試的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些問題，我們可以采用指紋識(shí)別和聲控來控制電子密碼鎖的開關(guān)，指紋和聲控不能識(shí)別的情況下話我們?cè)谟幂斎朊艽a來打開電子密碼鎖。

參考文獻(xiàn)

（1）張迎新 編著.單片機(jī)原理及應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2014

（2）曹巧媛 主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用. 北京：電子工業(yè)出版社，2012

（3）李全利 主編.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù).北京：高等教育出版社，2011